大功率速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

1、大功率速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：大功率速調(diào)管高功放運行于高壓環(huán)境，組成復(fù)雜需要冷卻散熱。由于其輸出功率高并且調(diào)試困難，為了方便操作，避免高電壓、高功率誤操作造成人身傷害，專門開發(fā)了大功率速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件，對整個速調(diào)系統(tǒng)進行監(jiān)控管理。所設(shè)計的軟件采用了模塊化方法，實現(xiàn)了對速調(diào)管高功放的工作參數(shù)監(jiān)視、設(shè)置功率等功能，進行了設(shè)置功率穩(wěn)定性拷機測試。實驗結(jié)果表明，該軟件運行可靠，操作簡便，輸出功率穩(wěn)定性高，滿足了速調(diào)管高功放監(jiān)控的設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：速調(diào)管高功放；高電壓；高功率0引言大功率速調(diào)管高功放硬件由冷卻系統(tǒng)設(shè)備、高壓電源系統(tǒng)設(shè)備、大功率微波合成網(wǎng)絡(luò)、控保電路、大功率速調(diào)管等設(shè)備組

2、成。它主要放大射頻小信號，通過衛(wèi)星天線輸出高達數(shù)十千瓦的功率。大功率速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件（以下簡稱監(jiān)控軟件）主要完成對冷卻設(shè)備、高壓電源設(shè)備、控保電路等設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控和管理，同時完成大功率的輸出控制功能。速調(diào)管高功放輸出功率高達數(shù)十千瓦，速調(diào)管只有中間段功率輸出線性而兩端功率輸出非線性，因此設(shè)置輸出功率是一大難點。另外，監(jiān)控軟件設(shè)計需要考慮抗高壓電源開關(guān)機及冷卻系統(tǒng)壓縮機頻繁啟動對監(jiān)控系統(tǒng)造成的干擾。1監(jiān)控軟件設(shè)計監(jiān)控軟件控制和監(jiān)視參數(shù)信息量大，執(zhí)行的控制命令多達二十多條，監(jiān)視的參數(shù)和狀態(tài)信息達八十多項。BorlandC+6.0快速開發(fā)工具由于開發(fā)界面比較方便，采用BorlandC+6.0進行監(jiān)

3、控軟件開發(fā)。監(jiān)控軟件主要控制冷卻子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、控保電路等硬件設(shè)備，冷卻子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)基于PLC嵌入式軟件進行開發(fā)，它們分別通過串口和監(jiān)控軟件進行通信。冷卻子系統(tǒng)的控制包括開/關(guān)機功能。電源子系統(tǒng)的控制主要包括輔電開/關(guān)機、高壓開/關(guān)機等。監(jiān)控軟件主要監(jiān)視冷卻子系統(tǒng)的風(fēng)機和壓縮機的啟動和停止?fàn)顟B(tài)、收集機、窗體波導(dǎo)、天線饋源等的流量信息和壓力信息等，同時監(jiān)視電源子系統(tǒng)的高壓電源電壓、電流信息、溫度、故障信息等。速調(diào)管高功放監(jiān)控要進行6路模擬電壓輸入、1路模擬電壓輸出控制、16路開關(guān)量輸入、16路開關(guān)量輸出等模擬量和開關(guān)量的采集控制。從成本、安裝空間、監(jiān)控多方面進行考慮和比較，最終采用研華

4、工控機+PCI1710A/D卡+PCI1730I/O卡+PCI1612B多串口卡的控制方案。2監(jiān)控軟件設(shè)計與實現(xiàn)監(jiān)控軟件設(shè)計主要包括4個功能模塊：串口通信模塊、實時監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、故障處理模塊。串口通信模塊主要完成監(jiān)控軟件與冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的串口通信功能。實時監(jiān)測模塊完成監(jiān)控軟件對冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、射頻小信號監(jiān)視、控制功能。故障處理模塊完成對冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、射頻小信號的故障監(jiān)視和處理。如圖2所示。串口通信模塊2串口通信模塊是速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件的重要模塊之一，速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件通過通信模塊對冷卻設(shè)備、電源設(shè)備進行監(jiān)測和控制。冷卻子系統(tǒng)壓縮機和風(fēng)機的頻繁啟動或停止、大功率水泵的

5、運行會對冷卻子系統(tǒng)的串口通信造成干擾，高壓電源的硬啟動或發(fā)生故障時的快速關(guān)斷，為解決對串口通信的干擾，監(jiān)控軟件采用了光纖轉(zhuǎn)串口收發(fā)模塊與冷卻子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)進行串口通信。串口通信的開發(fā)有兩種，一種是采用WindowsAPI進行串口軟件開發(fā)，另一種是采用串口控件進行開發(fā)。采用WindowsAPI進行串口開發(fā)操作復(fù)雜，代碼量也較大，所以采用串口控件進行開發(fā)。串口控件有Microsoft提供的MSCOMM、研華公司的PCommPro等。監(jiān)控軟件最終采用研華公司開發(fā)的PCommPro串口動態(tài)庫控件，簡化了串口的開發(fā)控制操作。另外要求冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)采用統(tǒng)一的串口通信協(xié)議，規(guī)定了多字節(jié)數(shù)據(jù)上報要遵循

6、低字節(jié)在前、高字節(jié)在后的原則。串口通信流程如圖3所示。采用BorlandC+Builder6.0開發(fā)語言，需要采取兩個步驟：(1)在頭文件中添加#include和#include“PComm.h”。在庫文件中添加“PCommb.lib”庫文件。實時監(jiān)控模塊實時監(jiān)控模塊主要完成電源設(shè)備、冷卻設(shè)備、小信號的控制和監(jiān)視功能。控制功能主要完成冷卻設(shè)備的開關(guān)機控制、高壓電源設(shè)備的輔電開關(guān)機和高壓開關(guān)機控制、小信號單元的設(shè)置功率、ALC開閉環(huán)、射頻輸出開關(guān)控制功能。監(jiān)視功能包括冷卻設(shè)備的流量、溫度、壓力、故障信息；電源設(shè)備的電壓、電流、溫度、故障信息；小信號故障信息、射頻開關(guān)信息等。實時監(jiān)控模塊通過調(diào)用電

7、源設(shè)備的監(jiān)視程序、冷卻設(shè)備的監(jiān)視程序、射頻小信號的監(jiān)視程序?qū)⒏髟O(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)顯示在主界面上。數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊是速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件的核心模塊，主要包括模擬電壓、開關(guān)量的采集，通過研華的PCI1710、PCI1730板卡來實現(xiàn)，利用研華的板卡提供的動態(tài)庫函數(shù)對板卡進行控制。程序分別創(chuàng)建了模擬量和開關(guān)量的采集線程來完成數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集采用事件中斷方式進行采集。數(shù)據(jù)采集卡的使用主要包括打開設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和關(guān)閉設(shè)備，其中數(shù)據(jù)采集是監(jiān)控軟件的核心。模擬量的采集如圖4所示。故障處理模塊為保護大功率速調(diào)管高功放的安全，程序建立了故障監(jiān)測線程。故障監(jiān)測線程實時監(jiān)測速調(diào)管高功放冷卻系統(tǒng)、高壓電源系統(tǒng)

8、、射頻小信號及控保電路的各種故障狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有故障發(fā)生采取聲光告警，根據(jù)不同的故障采取不同的故障保護措施。如出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)上報的一級流量告警、壓力高、壓力低、冷卻電源故障情況及電源系統(tǒng)上報的任何電源故障情況時，必須還要斷高壓。3程序設(shè)計中的難點及解決方法PCI1710模擬電壓數(shù)據(jù)的采集處理問題，研華板卡動態(tài)庫提高了兩種方法采集，一種是查詢采集，另一種是中斷方式采集。監(jiān)控軟件最初采用了查詢采集電壓的方法，但是監(jiān)控軟件同時有多個線程運行，導(dǎo)致發(fā)生了采集到的數(shù)據(jù)不變化的問題。后來改用了研華提供的多通道數(shù)據(jù)中斷采集方法，并采用了降低中斷采集的數(shù)據(jù)速率和事件同步的方法，在中斷產(chǎn)生后使用采集到的數(shù)據(jù)，確保

9、了采集到的模擬電壓的準(zhǔn)確性。（2）設(shè)置輸出功率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性問題，由于是速調(diào)管自身輸出功率的非線性，整個頻帶內(nèi)輸出功率特點是高端和低端設(shè)置功率誤差較大，中間很窄一段頻帶設(shè)置功率較準(zhǔn)確。設(shè)置功率前，監(jiān)控軟件要預(yù)先存儲好輸出功率和輸出電壓的功率-電壓關(guān)系表，利用斜率的關(guān)系計算出每個電壓對應(yīng)的功率，設(shè)置功率主要靠調(diào)整數(shù)控衰減器和模擬電調(diào)衰減器進行。在設(shè)置輸出功率時，輸出檢波電壓采集的準(zhǔn)確性尤其重要，另外輸出功率和輸出檢波模擬電壓的功率-電壓關(guān)系表采集也需要準(zhǔn)確，監(jiān)控軟件對采集的輸出檢波電壓采用了軟件濾波、快速排序等方法確保采集電壓的準(zhǔn)確性。另外程序采用漸進式方法調(diào)節(jié)數(shù)控衰減器設(shè)置功率，防止數(shù)控衰減

10、器設(shè)置造成功率的跳變過大，尤其高端時設(shè)置功率超過7000W以上有可能功率超出速調(diào)管承受范圍而損壞管道。監(jiān)控軟件采用多次調(diào)節(jié)技術(shù)確保輸出功率的準(zhǔn)確性，解決了以往只調(diào)節(jié)一次造成輸出功率不準(zhǔn)的問題。4速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件技術(shù)創(chuàng)新點（1）監(jiān)控軟件是基于研華工控機的監(jiān)控系統(tǒng)，采用價格昂貴體積大的嵌入式工控機，降低了開發(fā)成本。（2）監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)按重要程度分頁顯示，重要參數(shù)和數(shù)據(jù)（如輸出功率、高壓電壓、冷卻開關(guān)機狀態(tài)、總故障等）在主界面顯示，其它如冷卻系統(tǒng)的流量參數(shù)、電源系統(tǒng)得電流參數(shù)、射頻小信號的參數(shù)、故障監(jiān)視參數(shù)等參數(shù)顯示在不同界面。（3）具有故障告警處理功能，保證速調(diào)管和人身的安全。當(dāng)監(jiān)控軟件發(fā)現(xiàn)速調(diào)

11、管有故障發(fā)生時，主界面指示燈變紅色同時發(fā)出報警聲，并根據(jù)故障采取斷激勵或斷高壓的動作。當(dāng)有功率輸出時，報警器主動報警提示速調(diào)管高功放有功率輸出。（4）速調(diào)管高功放操作自動化，由于速調(diào)管加斷電時鈦泵要抽真空，冷卻開機后要預(yù)熱15min才能加高壓，去高壓后要散熱15min才能關(guān)冷卻。監(jiān)控軟件特設(shè)了一鍵加電和一鍵斷電操作按鈕，由程序自動控制速調(diào)管的加電操作和斷電操作。5結(jié)語根據(jù)大功率速調(diào)管高功放監(jiān)測的需求，需要設(shè)計并實現(xiàn)大功率速調(diào)管高功放監(jiān)控軟件。監(jiān)控軟件改進了輸出功率的設(shè)置方法，提高了輸出功率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，具有一鍵開關(guān)機操作功能，自動化水平高。該監(jiān)控軟件經(jīng)在某工程上長時間的運行測試，運行穩(wěn)定、設(shè)置功率快速準(zhǔn)確，能實時監(jiān)測速調(diào)管高功放的狀態(tài)和參數(shù)。參考文獻：1胡文金.計算機測控應(yīng)用技術(shù)M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2003.李貴山.Vis